2.1 千兆位和万兆位以太网技术

随着产品线的不断丰富和价格的不断下降，不仅千兆位以太网已经在各种类型的网络中得到了广泛应用，而且万兆位以太网也已经在大中型网络中得到了普及。高带宽主干所带来的直接结果是——几乎任何网络应用，甚至包括视频会议、网络电话等对实时性要求较高的网络服务，都能流畅、无阻碍地得以完美实现。

2.1.1 千兆位以太网技术

千兆位以太网技术是在100Base-TX和100Base-FX基础上发展起来的超高速网络技术，提供高达1000Mbps的连接速率。该技术一经提出就得到了网络界人士的普遍关注，使得被业界一致公认的网络主干升级技术ATM失去了原有的吸引力。

1. 千兆位以太网的主要特点

千兆位以太网具有以下主要特点。

■ 简易性

千兆位以太网继承了快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理维护都很简单。另外，千兆位以太网支持新的全双工操作模式，在一对线上可以同时用于发送和接收信息，因此无需采用CSMA/CD机制。数据传输在不同的线对进行，传输之前无需再等待，也没有了冲突的发生，从而在点对点交换链路中可以提供更宽的带宽。

■ 扩展性

由于千兆位以太网采用了快速以太网的基本技术，原有的布线系统也几乎完全支持，因此，由100Base-TX/100Base-FX升级到1000Base-T/1000Base-SX/1000Base-LX等千兆位以太网非常容易，而且两种技术可以在同一网络中和谐共存、同时使用，使得网络升级和扩展变得更加简单。

■ 可靠性

由于千兆位以太网保持了快速以太网的安装维护方法，借助网络设备的LED指示灯就能够快速诊断和排除大量的网络故障。同时，可以采用星型、网状、环型等网络拓扑结构，因此网络具有很高的可靠性。

■ 经济性

千兆位以太网已经被广泛应用，几乎所有的网络厂商都生产千兆位以太网产品，几乎所有的交换机都拥有千兆位以太网端口，千兆位以太网设备基本上已经没有多少技术含量可言，市场竞争也已经非常充分，因此，千兆位以太网设备的价格也变得平易近人，与ATM等宽带网络技术相比，其价格优势非常明显。

■ 可管理维护性

千兆位以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP，Simple Network Management Protocol）和远程网络监视（RMON，Remote Network Monitoring）等网络管理技术，许多软硬件厂商开发了大量的网络管理软件，使千兆位以太网的集中监控、管理和维护变得非常简便。

■ 广泛应用性

千兆位以太网为局域主干网和城域主干网提供了一种高性价比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能够得以施展其魅力。例如，在千兆位以太网上可以流畅地实现视频点播、现场直播、教学观摩等大码流的网络服务和应用。

2. 千兆位以太网应用方案

千兆位以太网联盟（Gigabit Ethernet Alliance，GEA）为千兆位以太网的应用提出以下几种具体方案。

■ 网络主干升级

在不对原有传输光缆作任何改变的情况下，只需将网络中心交换机由原来的快速以太网交换机更换为千兆位以太网交换机，即可将局域网络的主干提升至千兆位，从而全面改善原有的网络性能，不仅简单、易行、投资小，而且网络从此将变得畅通无阻。

■ 服务器链路升级

将安装有千兆位以太网卡的服务器直接与千兆位以太网交换机进行连接，全面升级服务器至交换机的通信链路，为服务器提供无阻塞的、千兆位线速交换能力，为实现网络的多媒体应用奠定基础。无论采用光缆连接，还是非屏蔽双绞线连接，都不会有太大的投入，但都将使局域网络的服务质量迈上一个新的台阶，并为局域网络的多媒体传输和应用奠定坚实的基础。

■ 升级交换机之间的连接

一旦主干传输（核心层交换机与汇聚层交换机间的连接）速度提高到了1Gbps，接入层传输（汇聚层交换机与接入交换机间的连接）自然就成为下个升级的目标。选择提供1000Mbps端口或模块的接入交换机，或者索性采用端口或接口全部为1000Mbps的接入交换机都是简捷的升级方法。

■ 千兆位到桌面

高性能工作站（如图形工作站、3D工作站等）安装千兆位以太网卡，直接与千兆位以太网相连，从而实现桌面计算机与局域网络的的千兆位连接。尽管品牌计算机几乎都提供了千兆位以太网接口，不过，就目前的网络应用而言，普通的网络客户端似乎还没有必要采用千兆位以太网接入。

如图2-1所示，局域网络的所有连接可以全部采用千兆位带宽。

2.1.2 万兆位以太网技术

万兆位以太网（10 Gigabit Ethernet）技术已经成熟，并且被广泛应用于新搭建的高性能局域网络，或者被用于原有网络的升级和改造。不过，由于10Gbps设备的价格非常昂贵，因此目前大多被应用于网络主干链路。

1. 万兆以太网技术特点

万兆位以太网相对于千兆位以太网拥有许多的优势和特点。

■ 结构简单

万兆位以太网结构简单、管理方便、价格低廉。万兆位以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，其物理层（PHY，Physical Layer）和OSI（Open System Interconnect，开放式系统互连）参考模型的第1层（物理层）一致，负责建立传输介质（光纤或铜线）和MAC（Media Access Control，介质访问控制）层的连接。MAC层相当于OSI参考模型的第二层（数据链路层）。在网络的结构模型中，把PHY进一步划分为物理介质关联层（PMD，Physical Media Dependent）和物理代码子层（PCS，Physical Coding Sublayer）。光学转换器属于PMD层。PCS层由信息的编码方式（如64B/66B）、串行或多路复用等功能组成。由于没有采用访问优先控制技术，简化了访问控制的算法，从而简化了网络的管理，并降低了部署的成本，因而得到了广泛的应用。

■ 技术兼容

万兆位以太网技术基本承袭了快速以太网和千兆位以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。在升级到万兆位以太网解决方案时，用户不必担心既有的程序或服务是否会受到影响，升级的风险非常低，同时还拥有在未来升级到100Gbps的潜力。

以太网的可平滑升级保护了用户的投资。以太网的改进始终保持向前兼容，使得用户能够实现无缝的升级，既不需要额外的投资升级上层应用系统，也不影响原来的业务部署和应用。

■ 宽带更高

万兆位标准意味着以太网将具有更高的带宽（10Gbps）和更远的传输距离（最长传输距离可达40 km）。过去有时需采用数个千兆位捆绑以满足交换机互连所需的高带宽，因而浪费了更多的光纤资源，现在可以采用万兆位互连，甚至4个万兆位捆绑互连，达到40Gbps的带宽水平。

随着网络应用的深入，WAN/MAN与LAN融合已经成为大势所趋，各自的应用领域也将获得新的突破，而万兆位以太网技术让业界找到了一条能够同时提高以太网的速度、可操作距离和连通性的途径，万兆位以太网技术的应用必将为三网融合提供新的动力。

■ 易于管理

万兆位以太网技术提供了更多和更新的功能，能够更好地满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。网络管理者既可以用实时方式，也可以用历史累积方式轻松查看第二层到第四层的网络流量。“永远在线”监视能够及时进行入侵监测，发现网络性能瓶颈，获取计费信息或呼叫数据记录，从而使得网络管理更加简单、准确和有效。

2. 万兆位以太网应用领域

万兆位以太网应用领域主要包括以下几方面。

■ 交换机之间互连

过去，必须采用多个千兆位捆绑，以满足交换机互连所需的高带宽，这样浪费了更多的光纤链路资源。现在，可以采用万兆位实现核心层交换机与汇聚层交换机的互连，甚至是汇聚层交换机与接入交换机之间的互连（如图2-2所示），同时，还可以实现4个万兆位链路的捆绑互连，从而达到40Gbps的带宽。

■ 数据中心或服务器群组网络中作为带宽汇聚

文件和数据服务器所需要的数据带宽是非常可观的，因此，将服务器与网络的连接带宽升级到万兆位，将大幅提高服务器的服务质量。

■ 城域网带宽汇聚与骨干更新

在城域网的建设中，接入层会有越来越多的万兆位或千兆位以太网连到城域网的汇聚层，而汇聚层也会有越来越多的千兆位以太网连到城域网的骨干层，从而使得万兆位或万兆位捆绑技术在城域网中的汇聚层及骨干层中成为必要。

■ 宽带广域网

由于以太网的价格优势，而万兆位以太网又支持与SONET（Synchronous Optical Network，同步光纤网络）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）基础架构的无缝连接能力，这使得万兆位以太网方案将在广域网市场中取得一定的发展。

■ 存储网络

万兆位以太网不仅可以满足存储设备的高速互连，也可以实现存储设备的备份及灾难恢复。出于成本的考虑，万兆位以太网可以在存储网络应用上得到发挥（如图2-3所示）。

■ 高性能计算应用

研究机构可以将很多独立的高速CPU连接到一起，利用万兆位以太网或者万兆位以太网通道连接传输大量的处理器间通信，这对于确保一个大规模的分布式超级计算机集群的最佳性能至关重要。

从国内市场来看，教育科研网络、电信及存储网络将率先采用万兆位以太网技术。